近日，中國科學技術(shù)大學傳來振奮人心的消息，該校郭光燦院士所帶領(lǐng)的團隊在量子存儲技術(shù)領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性突破。這一突破聚焦于可集成量子存儲器的性能提升，為量子通信的未來鋪平了道路。

據(jù)悉，郭光燦院士團隊的李傳鋒與周宗權(quán)兩位研究員，基于團隊獨創(chuàng)的無噪聲光子回波（NLPE）技術(shù)，成功將可集成量子存儲器的存儲時間從以往的10微秒級顯著延長至毫秒級。這一成果不僅打破了傳統(tǒng)光纖延遲線的效率限制，還于3月26日在國際權(quán)威學術(shù)期刊《科學?進展》上發(fā)表。

在量子通信網(wǎng)絡(luò)中，光量子存儲器扮演著至關(guān)重要的角色，它是克服信道損耗、構(gòu)建大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)的核心組件。然而，要實現(xiàn)其規(guī)模化應(yīng)用，必須實現(xiàn)器件的集成化，以滿足小尺寸和低功耗的需求。自2011年起，國際學術(shù)界已嘗試多種工藝在稀土摻雜晶體中制備可集成量子存儲器，但受限于集成器件中的噪聲難以濾除以及存儲效率不高，這些裝置的存儲時間僅能達到10微秒級，且存儲效率遠低于光纖延遲線。

為了攻克這一技術(shù)難題，李傳鋒和周宗權(quán)的研究組利用飛秒激光微加工技術(shù)，在摻銪硅酸釔晶體中精心制備了圓對稱的凹陷包層光波導。這一創(chuàng)新設(shè)計實現(xiàn)了基于偏振自由度的噪聲濾除，并結(jié)合團隊原創(chuàng)的NLPE量子存儲方案，顯著提升了存儲效率。更重要的是，他們在晶體上表面集成了共面電波導，通過施加射頻磁場，成功實現(xiàn)了對光波導內(nèi)銪離子核自旋躍遷的動力學解耦控制，從而將自旋波量子存儲的壽命延長至毫秒級。

當光量子比特的存儲時間達到1.021毫秒時，其存儲效率高達12.0±0.5%，這一效率遠超對應(yīng)延時的光纖延遲線的傳輸效率（僅為0.01%）。這一成果不僅證明了可集成量子存儲器件在功能上已遠超光纖延遲線，更為其在長程量子網(wǎng)絡(luò)中的實際應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

此次突破不僅將可集成量子存儲器的壽命從10微秒級提升至毫秒級，還首次實現(xiàn)了存儲效率超越光纖延遲線的壯舉。這一成就展現(xiàn)了NLPE方案在解決長壽命量子存儲信噪比問題上的巨大潛力，得到了審稿人的高度評價：“這是在可集成量子存儲領(lǐng)域非常重要的進步”，“這項工作對可集成和長壽命量子存儲器的發(fā)展做出了重要貢獻”。

此次研究的第一作者是中國科學院量子信息重點實驗室的博士生劉宇平，該研究得到了科技創(chuàng)新2030重大項目、國家自然科學基金委、安徽省以及中國科學院的資助。周宗權(quán)研究員還獲得了中國科學院青年創(chuàng)新促進會優(yōu)秀會員的資助。